Węże morskie odzyskały widzenie kolorów dzięki rzadkiej ewolucji genetycznej
Streszczenie: Nowe badanie ujawnia, że anulowany wąż morski ewoluował, aby dostrzegać szerszą gamę kolorów niż jego przodkowie.
Wczesne węże utraciły widzenie kolorów podczas przystosowania się do trybu życia w słabym świetle, ale węże morskie, które zamieszkują jaśniejsze środowiska morskie, odzyskały widzenie kolorów.
Dwie z czterech nienaruszonych kopii genu opsyny węża SWS1 wyewoluowały nową wrażliwość na dłuższe fale dominujące w siedliskach oceanicznych, umożliwiając lepszą dyskryminację kolorów.
Kluczowe fakty:
- Pierścieniowy wąż morski posiada cztery nienaruszone kopie genu opsyny SWS1, z których dwie wyewoluowały nową wrażliwość na dłuższe fale.
- Ta adaptacja potencjalnie umożliwia wężom morskim lepsze rozróżnianie drapieżników, ofiar lub potencjalnych partnerów na kolorowym tle morskim.
- Ponowne pojawienie się widzenia kolorów u węży morskich kontrastuje z ewolucją opsyny u ssaków, takich jak nietoperze, delfiny i wieloryby, które doświadczyły dalszych strat opsyny, dostosowując się do słabego światła i środowiska wodnego.
Źródło: Oxford University Press USA
Nowy papier w Biologia i ewolucja genomu stwierdzili, że anulowany wąż morski, gatunek jadowitego węża występujący w wodach oceanicznych wokół Australii i Azji, wydaje się ewoluować, aby widzieć rozszerzoną paletę kolorów po tym, jak jego przodkowie utracili tę zdolność w odpowiedzi na zmieniające się środowisko.
Widzenie kolorów u zwierząt jest determinowane przede wszystkim przez geny zwane wizualnymi opsami. Chociaż doszło do wielu strat genów opsyny podczas ewolucji czworonogów (grupa obejmująca płazy, gady i ssaki), pojawienie się nowych genów opsyny jest niezwykle rzadkie.
Przed tym badaniem wydawało się, że jedyna ewolucja nowych genów opsyny u gadów miała miejsce w gatunkach helikopteryrodzaj węża z Ameryki Południowej.
W tym badaniu wykorzystano opublikowane genomy referencyjne do zbadania wizualnych genów opsyny w pięciu ekologicznie odrębnych gatunkach węży elapidowych.
Historia elapidów, rodziny węży, która oprócz pierścieniowatego węża morskiego obejmuje kobry i mamby, stanowi okazję do zbadania ewolucji molekularnej genów widzenia.
Wczesne węże straciły dwa wizualne geny opsyny podczas fazy zakopywania się w słabym świetle i mogły postrzegać tylko bardzo ograniczony zakres kolorów.
Jednak niektórzy z ich potomków zajmują teraz jaśniejsze środowiska; dwie elastyczne linie przeniosły się nawet ze środowiska lądowego do morskiego w ciągu ostatnich 25 milionów lat.
Badacze odkryli, że wąż morski z pierścieniami posiada cztery nienaruszone kopie genu opsyny SWS1. Dwa z tych genów mają odziedziczoną po przodkach wrażliwość na ultrafiolet, a dwa rozwinęły nową wrażliwość na dłuższe fale, które dominują w siedliskach oceanicznych.
Autorzy badania uważają, że ta wrażliwość może zapewnić wężom lepsze rozróżnianie kolorów, aby odróżnić drapieżniki, ofiary i / lub potencjalnych partnerów na kolorowym tle morskim.
Jest to radykalnie odmienne od ewolucji opsów u ssaków, takich jak nietoperze, delfiny i wieloryby, podczas przemian ekologicznych; doświadczyli dalszych strat opsyny, gdy przystosowali się do słabego oświetlenia i środowiska wodnego.
„Najwcześniejsze węże straciły wiele ze swojej zdolności widzenia kolorów ze względu na ich tryb życia w przyćmionym świetle” – powiedział główny autor artykułu, Isaac Rossetto.
„Jednak ich potomkowie węży morskich zajmują teraz jaśniejsze i bardziej złożone spektralnie środowiska morskie. Uważamy, że ostatnie duplikacje genów radykalnie rozszerzyły zakres kolorów, które widzą węże morskie.
„Dla porównania, my, ludzie, mamy podobnie rozszerzoną wrażliwość na kolory, podczas gdy koty i psy są częściowo daltonistami, podobnie jak te wczesne węże”.
O tych wiadomościach z badań nad neurobiologią wzrokową i genetyką
Autor: Daniel Luzer
Źródło: Oxford University Press USA
Kontakt: Daniel Luzer – Oxford University Press USA
Obraz: Obraz jest przypisywany do Neuroscience News
Orginalne badania: Otwarty dostęp.
„Funkcjonalna duplikacja opsyny wrażliwej na krótkie fale u węży morskich: dowody na ponownie rozszerzoną wrażliwość na kolor po regresji przodków” autorstwa Isaaca Rossetto i in. Biologia i ewolucja genomu
Abstrakcyjny
Funkcjonalna duplikacja opsyny wrażliwej na krótkie fale u węży morskich: dowód na ponownie rozszerzoną wrażliwość na kolor po regresji przodków
W widzeniu kolorów pośredniczą starożytne i widmowo odrębne opsyny stożkowe. Jednak chociaż podczas ewolucji czworonogów doszło do wielu strat genów opsyny, dowody na zyski opsyny poprzez funkcjonalną duplikację są niezwykle rzadkie.
Wcześniejsze badania wykazały, że niektóre wtórnie morskie węże eliptyczne nabyły rozszerzoną wrażliwość „UV-blue” poprzez zmiany w kluczowych miejscach strojenia aminokwasów genu Opsin 1 o krótkiej długości fali (SWS1).
Tutaj używamy elastycznych genomów referencyjnych, aby pokazać, że molekularne pochodzenie tej adaptacji obejmowało powtarzające się, proksymalne duplikacje genu SWS1 we w pełni morskim Hydrophis cyanocinctus. Gatunek ten posiada cztery nienaruszone geny SWS1; dwa z tych genów mają odziedziczoną po przodkach wrażliwość na promieniowanie UV, a dwa mają pochodną wrażliwość na dłuższe fale, które dominują w siedliskach morskich.
Sugerujemy, że ta niezwykła ekspansja repertuaru opsin węży morskich funkcjonalnie kompensuje straty przodków dwóch opsin o średniej długości fali u najwcześniejszych (przystosowanych do słabego światła) węży. Stanowi to uderzający kontrast z ewolucją opsów podczas przemian ekologicznych u ssaków.
Podobnie jak węże, wczesne ssaki straciły dwa fotopigmenty czopków; jednak linie rodowe, takie jak nietoperze i walenie, uległy dalszym stratom opsyny podczas ich adaptacji do środowisk o słabym oświetleniu.
